Nieuwsbericht

31 August 2016

ADEM Society

Het ADEM Innovation Lab kent enkele tientallen onderzoekers. Maar wie zien nu eigenlijk al deze onderzoekers en waar houden zij zich mee bezig? In de rubriek ADEM Society spreekt de webredactie iedere editie met 2 onderzoekers. Ditmaal met Claire Ferchaud en Emanuela Negro. Ferchaud en Negro vertellen over de huidige stand van zaken rond hun onderzoek, de maatschappelijke relevantie en de potentie voor commercialisatie.

Het is een belangrijk wetenschappelijk en ook maatschappelijk vraagstuk in de energietransitie: de seizoensopslag van warmte. En in het geval van Ferchauds onderzoek de seizoensopslag van zonnewarmte. Cruciaal omdat het kleinere systemen mogelijk maakt op het niveau van huishoudens, waar nu enkel centrale systemen voor warmteopslag soelaas bieden. Ferchaud heeft in haar project thermochemische warmteopslag onderzocht. ‘Voor mijn promotie (PhD) heb ik deze doorbraaktechnologie bestudeerd voor toepassing in Noord-Europa. Verbetering van de materialen en het systeemontwerp hebben daarbij centraal gestaan. De doorbraak zit in het feit dat het niet alleen voor het eerst opslag bij huishoudens, maar ook tegen een ongekend lage prijs zou mogelijk maken.’

Zomer, herfst en winter

De thermochemische materialen gebruikt in Ferchauds onderzoek zijn zouthydraten. Het basisprincipe? Laden in de zomer, bewaren in de herfst en ontladen in de winter. Hoe? Ferchaud: ‘De zouten nemen water op in hun kristalrooster. Als men dergelijke zouten in contact brengt met waterdamp hecht een aantal watermoleculen aan het zoutmolecuul. Deze reactie gaat gepaard met veel vrijkomende warmte per molecuul en is geheel omkeerbaar. In de zomer benut men de warmte van de zonneboiler om de watermoleculen van het zout te scheiden, waarna water en zout gescheiden worden opgeslagen. In de winter draait men het proces om en zorgt de koppeling van water aan het zout voor warmte.’

Aanvullend onderzoek

Daar het om een doorbraaktechnologie gaat, wist Ferchaud vooraf dat de uitkomst van haar fundamentele onderzoek ook negatief kon zijn. ‘Helaas is het bedachte proces voor zouthydraten op basis van sulfaat en chloride niet succesvol gevalideerd. Enerzijds is dat jammer, maar anderzijds heeft het duidelijkheid geschept dat deze type materialen niet geschikt zijn. Dit betekent dat er nu onderzoek naar andere materialen kan gaan plaatsvinden. Dat is ook nodig om een doorbraak te realiseren en inmiddels zijn diverse universiteiten met nieuw onderzoek gestart. Zelf ben ik drukdoende met het afronden van mijn PhD en nog altijd werkzaam in dit domein. De thematiek van (thermochemische) seizoensopslag van zonnewarmte geniet nog volop mijn aandacht!’

Brandstofcellen

Haar passie voor brandstofcellen zorgde ervoor dat Emanuela Negro binnen ADEM eind 2010 van start ging met onderzoek naar brandstofcellen. Meer specifiek brandstofcellen op basis van een polymeer elektrolyt membraan (PEM). ‘Deze techniek wordt als zeer veelbelovend alternatief gezien voor verbrandingsmotoren in draagbare toepassingen. Dit vanwege hun hogere efficiëntie en lagere CO2-emissie. Ik heb onderzoek gedaan naar zogenaamde carbon nanostructuren (Carbon Nano-Networks, kortweg CNN’s) en hun functioneren als katalysatordrager in brandstofcellen. Een van de belangrijkste uitdagingen voor CNN’s is het verhogen van de weerstand tegen corrosie. Corrosie zorgt namelijk voor degradatie en uiteindelijk verminderde prestaties.’

Grafeen

Negro heeft binnen ADEM voor haar onderzoek gebruikgemaakt van CNN’s op basis van grafeen, omdat deze beter bestand zijn tegen corrosie. ‘Wij hebben een nieuw type materiaal ontwikkeld dat op kleine schaal gemaakt wordt door Carbon X, een spin-off  van de TU Delft. Zij hebben meerdere materiaalsoorten onderzocht en erkennen de potentie van CNN’s met grafeen.’

Ondanks het grote succes van  Negro’s onderzoek, is er volgens haar nog wel een behoorlijke weg te gaan alvorens het materiaal voor massaproductie  gebruikt kan worden. ‘Het opschalen is de uitdaging. Als het materiaal door Carbon X qua oppervlakte groot genoeg vervaardig kan worden, zou de productie morgen van start gaan. Dat is echter nog niet zo en aanvullend onderzoek is benodigd.’

3D-structuur

Desalniettemin kijkt Negro tevreden terug op haar onderzoek. ‘Er is immers bewezen dat dit innovatieve materiaal een toekomst heeft. Het grote voordeel is daarbij dat het in potentie – wanneer eenmaal op grote schaal geproduceerd – veel goedkoper is dan concurrerende materialen. Bovendien is het opgebouwd via een 3D-structuur wat de veiligheid significant verhoogd.’